空调压缩机的工作原理和种类解析

2023-06-19 理论教育版权反馈

【摘要】：在一般情况下，普通空调压缩机的起动与停止，是受蒸发器出风口的温度信号控制的。曲轴连杆式空调压缩机曲轴连杆式空调压缩机是空调器中使用的第1代压缩机，它是通过连杆带动活塞往复运动来实现蒸气压缩的，故此类压缩机又称为往复活塞式压缩机。大多数斜板式空调压缩机的活塞被制成双头活塞。在旋转叶片式空调压缩机中，气缸的形状有圆形和椭圆形两种。

空调压缩机是空调器中的核心部件，其工作原理与电冰箱中的压缩机基本相同，但其结构参数和工况条件并不完全相同，它属于高背压压缩机（背压是指压缩机的吸气压力）。但根据工况条件来分，空调器中的压缩机可分为定排量空调压缩机和变排量空调压缩机；而按结构形式来分，有全封闭往复活塞式压缩机和回转式压缩机。但目前主要有普通空调器压缩机和变频空调器压缩机两种类型。

1.普通空调器压缩机

普通空调压缩机一般是定频压缩机，其工作特点是排气量是依压缩机的转速而恒定的。故普通空调压缩机属于定排量空调压缩机，它不能根据制冷的需求而自动改变压缩机的输出功率。在一般情况下，普通空调压缩机的起动与停止，是受蒸发器出风口的温度信号控制的。当出风口的温度升高达到设定值时，通过电磁离合器使压缩机停止工作；当出风口的温度下降到某一设定值时，又通过电磁离合器使压缩机起动工作。因此，普通空调压缩机是在开关信号控制下，要么起动工作，要么停止工作。但在一些高档空调器中，这种压缩机的控制信号较多，如管路内压力过高检测、蒸发器表面过冷检测、冷凝器表面过热检测等控制信号，其中有一路检测控制信号达到设定值都会使电磁离合器动作，使压缩机停止工作。在实际应用中，普通空调器压缩机有多种结构形式和名称，如曲轴连杆式空调压缩机和轴向活塞空调压缩机等。下面只对一些主要常见类型的空调压缩机做些简要介绍。

（1）曲轴连杆式空调压缩机

曲轴连杆式空调压缩机是空调器中使用的第1代压缩机，它是通过连杆带动活塞往复运动来实现蒸气压缩的，故此类压缩机又称为往复活塞式压缩机。其主要工作特点是：活塞的往复运动可分为压缩、排气、膨胀、吸气四个过程，从而使由气缸内壁、气缸盖和活塞顶面构成的工作容积发生周期性变化，进而起到在制冷系统中输送制冷剂的作用，并形成制冷循环。因此，这种压缩机的主要优点是结构简单、适应性强、可满足宽范围压力的制冷要求。但其存在不能实现较高转速、排气不连续、气流容易出现波动，且工作时有较大的振动等缺点。其内部结构如图1-56所示。

在图1-56中，由3～4mm钢板冲压成型的机壳中，压缩机主要由机体、曲柄连杆机构、气阀及定子和转子等组成。其中，定子垂直固定在机壳上，转子紧压在呈垂直安装位置的曲轴上，而曲轴支承在机体上，以便电动机转子转动时通过曲轴及曲柄连杆带动活塞在卧式排列的气缸内做往复运动。当压缩机中的电动机起动工作时，其转子带动曲轴转动，在曲轴的弯曲部位指向右侧时，活塞被拉向右端，此时吸气阀被打开，制冷剂蒸气进入气缸。当活塞被拉到下止点时，气缸内充满气体。此时，由于曲轴继续转动，又使活塞反方向运行，对气体进行压缩，在将气体压缩到具有一定压力时，排气阀被打开，高温高压制冷剂蒸气从排气孔排出，直至活塞到达上止点为止。之后，活塞又随曲轴转动向右侧运行。如此不断地往复运动，便起到了推动制冷剂在制冷系统中不断循环的作用。

（2）轴向活塞空调压缩机

轴向活塞空调压缩机是空调器中的第2代压缩机，但它主要用于汽车空调器中。它的主要特点是：可实现小型化和轻量化，能够高转速工作，且结构紧凑，效率高、性能可靠。这种空调压缩机有斜板式和摇板式两种类型。其中斜板式压缩机是汽车空调压缩机中的主流产品，它主要是由主轴和斜板及气缸等组成，且活塞的运动方向与空调压缩机的主轴平行。大多数斜板式空调压缩机的活塞被制成双头活塞。它在相对的气缸中一前一后的滑动，一端活塞在前缸中对制冷剂蒸气进行压缩时，另一端活塞就在后缸中吸入制冷剂蒸气。

在这种压缩机中，一般设为轴向6缸，且以主轴为中心圆周布置，其中3缸在压缩机前部，另外3缸在压缩机后部。各缸均配有高低压气阀，并用一根高压管将前后高压腔连接起来。斜板与主轴固定在一起，但它的边缘是装合在活塞中部的槽中，而活塞槽与斜板边缘由钢球轴承来支撑。当主轴旋转时，斜板也随着旋转，并推动活塞作轴向往复运动，在斜板随主轴转动一周时，前后两个活塞各完成压缩、排气、膨胀、吸气一个循环过程，也就相当于两个气缸在工作，若缸体截面上均匀分布3个气缸和3个双头活塞。当主轴旋转一周时，就相当于6个气缸在工作。因此，这种压缩机的效率很高。

图1-56 曲轴连杆往复活塞式空调压缩机内部结构示意图

（3）滚动活塞式压缩机

滚动活塞式压缩机是利用偏心轴带动圆柱活塞在气缸中沿内壁滚动而完成压缩和排气过程的一种压缩机。这种压缩机已广泛应用在家用空调器中，其主要特点是容积效率高、防液击性能好、所用零部件少，且易于生产组装。其内部结构如图1-57所示。

在图1-57中，滚动活塞与曲轴固定为一体，且活塞中心与曲轴旋转中心有一定偏心距离，以使偏心轴转动时能够使活塞在气缸内沿着内壁滚动。而气缸壁有一条穿通的槽，槽内装有受弹簧控制的滑块，滑块顶端与滚动活塞表面紧密接触，以使滚动活塞表面与气缸内壁形成的月牙形空间分成进气腔和压缩腔。当压缩机工作时，制冷剂蒸气从吸气口进入月牙形空腔，随着滚动活塞表面的位移，气缸壁穿通槽内的滑块，并在弹簧力的作用下，将月牙形气腔分为低压腔和高压腔。在流动活塞的推动作用下，高压腔的蒸气不断被压缩，其压力不断升高，直至高压蒸气从压缩机壳体顶部排气口排出。之后，随着滚动活塞不断转动，低压腔与高压腔的空间容积不断改变，便实现了吸气与排气的过程。这种压缩机的吸气孔没有吸气阀，制冷剂蒸气直接进入月牙形空腔内。

图1-57 滚动活塞式压缩机内部结构

（4）旋转叶片式空调压缩机

旋转叶片式空调压缩机是空调器中的第3代压缩机，它主要由旋转叶片、主轴、气缸及气缸密封盖等组成。其主要特点是体积小、重量轻、容易布置在狭小空间内，且工作效率高。其内部结构如图1-58所示。

图1-58 旋转叶片式空调压缩机内部结构

在图1-58中，旋转叶片固定在主轴上，并将气缸分成几个空间。当叶片随主轴转动一周时，气缸内被分成几个封闭的月牙形容积，并将发生由大到小、由小到大的变化。随后使制冷剂气体也发生体积和温度变化，进而完成吸气、压缩、排气的工作过程。

在旋转叶片式空调压缩机中，气缸的形状有圆形和椭圆形两种。在圆形气缸中，转子的主轴与气缸的圆心有一个偏心距，使转子紧贴在气缸内表面的吸、排气孔之间，并只有一个接触点。转子上装有两个旋转叶片，其端面紧顶在气缸内表面，气缸内表面有一对吸气孔和排气孔。在椭圆形气缸中，转子的主轴和椭圆中心重合，转子表面与气缸内表面有两个接触点，且转子上装有四个旋转叶片，并在弹簧力的作用下使叶片端面始终顶在气缸内表面。椭圆形气缸内表面有两对吸气孔和排气孔，故椭圆形气缸内可形成两个月牙形容积，在主轴旋转一周时，可有两次排气过程。图1-58就是椭圆形气缸的旋转叶片式压缩机示意图。目前应用比较广泛。

2.变频空调压缩机

变频空调压缩机是转速随交流供电频率或直流电压变化而产生不同量气体压缩的一种压缩机。它可以使空调器在开始工作时产生很大的制冷量或制热量，让房间温度快速达到所设定的温度，然后再使压缩机的转速降低。当其输出功率降到一定程度时，空调器的制冷量或制热量正好等于房间内所需要的制冷量或制热量，并保持压缩机一直不停的运行。目前，这种压缩机已被广泛地应用在变频空调器中。它主要有涡旋式压缩机和转子式压缩机两种类型。

（1）涡旋式空调压缩机

涡旋式空调压缩机是空调器中的第4代压缩机，它主要是利用两个涡旋件相对旋转，而使密闭空间产生移动，进而达到气体压缩的目的。其主要特点是效率高、运转平衡、噪声低，可使室外机组噪声小于53dB，并在连续工作过程中没有振动，且外形尺寸小、重量轻、零部件少、易于生产。目前广泛应用于分体式空调器中，其基本结构如图1-59所示。

在图1-59中，涡旋式压缩机的内部主要由运动涡旋盘（又叫动盘）、固定涡旋盘（又叫静盘）、偏心轴及防自转环等组成，其剖视结构示意图如图1-60所示。其中，运动涡旋盘由偏心轴带动，而固定涡旋盘则安装在机体上，且两者的中心相位差为180°。在运动中，当偏心轴转动一周时，由于动盘与静盘啮合，便在密封机体上、下端面内形成涡线状工作容积。此时，制冷剂蒸气通过涡线外侧吸气室进入涡线状工作容积时，便随着动盘的摆动、容积逐渐缩小被压缩为高温高压气体，并从静盘中心部位的排气孔轴向排出。

（2）转子式压缩机

转子式压缩机俗称罗茨鼓风机（或罗氏鼓风机），是回转式压缩机的一种新型结构，它改善了往复活塞式压缩机输气不均匀性。在小型制冷系统中，转子式压缩机的制冷效果不及往复活塞式压缩机。

转子式压缩机主要是利用了互相啮合的螺旋形阴阳转子，两转子都有几个凹形齿，可使两转子互相反向旋转，以便形成压缩与排气的过程。在这种压缩机内部，转子之间和机壳与转子之间的间隙仅为5～10丝米。主转子（又称阳转子或凸转子）在电动机的带动下，通过喷油形成的油膜对阴转子（又称凹转子）进行驱动，或由主转子端和凹转子端的同步齿轮驱动压缩机气缸内的一对互相啮合的螺旋形阴阳转子。因此，在理论上，这种驱动过程中没有金属接触。转子的长度和直径决定了压缩机的排气量及排气压力。转子的长度越长，排气压力越高，而转子的直径越大，则排气量越大。在工作过程中，螺旋转子凹槽经过吸气口时，会充满气体。但随着转子旋转，转子凹槽将被机壳壁封闭，形成压缩腔室，待转子凹槽封闭后，润滑油被喷入压缩腔室，以起密封及冷却和润滑作用，并形成油气混合物（润滑油＋制冷剂气体）。同时，随着转子继续运转，压缩腔室的容积减小，油气混合物被压缩。当压缩腔室随着主轴继续运转并经过排气口时，油气混合物便从压缩机排出，完成一个吸气、压缩、排气的过程。

图1-59 涡旋式压缩机的基本结构

图1-60 涡旋式压缩机剖视图

总之，转子式压缩机具有较好的排气性能及良好的润滑效果。近几年来，用于各制冷系统中的转子式压缩机的产量有很大的增长，但其类型也多样，如螺杆式喷油压缩机、转子滑片式压缩机、喷水螺杆式压缩机等。但螺杆式喷油压缩机是主要发展方向。

空调压缩机的工作原理和种类解析

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